Цепь включения трансформатор напряжение

Что такое трансформатор напряжения и как он работает?

Для передачи электроэнергии на большие расстояния напряжения электрического тока с помощью силовых трансформаторов повышают до сотен тысяч вольт. Поскольку высокие напряжения очень опасны, то для работы электроприборов используют ток после силового понижающего трансформатора. Однако на всей протяженности ЛЭП установлено множество защитных устройств. Для отделения напряжений цепей этих приборов от потенциалов линий электропередач применяют трансформатор напряжения (ТН).

Приборы этого типа часто используются для безопасного способа подключения измерительных приборов. Задача ТН состоит в преобразовании высоковольтных токов линий (свыше 6 кВ) до безопасного уровня. Применение таких трансформаторов удешевляет эксплуатацию энергосистем за счет снижения затрат на изоляцию оборудования, работающего в низковольтных сетях.

Устройство и принцип действия

Конструктивно ТН особо не отличается от других типов преобразующих устройств. Его устройство:

  • магнитный сердечник, шихтованный из пластин электротехнической стали;
  • первичная катушка;
  • одна или две вторичные обмотки;
  • защитный кожух (для конструкций уличного типа).

Внешний вид и схематическое изображение изделия смотрите на рис.1. На картинке изображено устройство с одной (основной) вторичной обмоткой. На некоторых моделях есть дополнительная вторичная обмотка, которая может использоваться, например, для подключения приборов измерения.

Обратите внимание на то, что между выводами первичных обмоток и вторичными катушками отсутствует гальваническая связь. Это главное отличие измерительных трансформаторов от конструкции обычного понижающего трансформатора.

Защитные кожухи изготовляются из разных материалов. В моделях, используемых для обслуживания высоковольтных ЛЭП, применяют диэлектрики, изготовленные из фарфора (рис. 2),

Для охлаждения обмоток таких высоковольтных агрегатов применяют специальные трансформаторные масла.

В сетях средней мощности применяют модели с корпусами на основе эпоксидных смол (рис. 3).

Трехфазные ТН с нулевыми выводами выполняются на магнитопроводе с пятью стержнями. Такая конструкция защищает обмотки от перегрева, так как при однофазных замыканиях в цепях высоковольтных проводов цепь линий суммарного магнитного потока в самом трансформаторе замыкается по стали сердечника.

Принцип действия также мало отличается от работы силового понижающего трансформатора. Магнитный поток, возникающий в первичной катушке, распространяется по магнитопроводу, вызывая напряжение ЭДС во вторичной обмотке. Величина напряжения зависит от соотношения числа витков в катушках. Поскольку вторичные обмотки состоят из малого количества витков, то и выходное напряжение небольшое (обычно оно не превышает 100 В).

Принцип работы ТН объясняет схема на рисунке 4.

Важной задачей при изготовлении трансформаторов данного типа является выполнение требований по достижению необходимых амплитудных и угловых параметров синусоиды, определяющих соответствующий класс точности: 0,5; 1; 3. В эталонных образцах применяется класс точности 0,2. Для измерительных приборов важно чтобы класс точности был максимально высоким. Чем он выше, тем меньшая погрешность измерения прибора.

Точность параметров преобразованных переменных токов зависит от нагрузки. Чем выше нагрузка вторичной цепи, тем больше погрешность трансформатора напряжения (снижается класс точности). Оптимальные параметры напряжения на выходе трансформатора достигаются при номинальных нагрузках. В этом режиме эффективность преобразования тока возрастает по мере приближения к номинальному коэффициенту трансформации.

Работа ТН эффективна при малых номинальных мощностях во вторичных цепях. Для этих устройств длительное состояние в режиме холостого хода является нормой. Поэтому они эффективно используются в системах защиты линий, которые большую часть времени находятся в режиме ожидания и потребляют мало тока.

Разновидности

По конструкции и способам подключения трансформаторы напряжения классифицируются следующим образом:

  • двухобмоточный ТН (состоит из первичной катушки и основной вторичной обмотки);
  • трехобмоточный (имеет две вторичные обмотки. Одна из них является основной, а другая – дополнительной);
  • заземляемый (конструкция однофазных ТН у которых один вывод первичной обмотки уходит на землю.В моделях трехфазных ТН наглухо заземлены все нейтрали);
  • незаземляемый;
  • тип каскадных трансформаторов (первичную обмотку образуют каскады из секций);
  • семейство емкостных трансформаторов, конструкция которых содержит элементы емкостных делителей;
  • модели антирезонансных трансформаторов (см. рис. 5).

Можно отдельно выделить низковольтные конструкции, которые используются в некоторых электронных устройствах. Данный класс электронных трансформаторов применяют в тех случаях, когда в электронных схемах необходима развязка, отделяющая цепи высоких напряжений от низких.

Расшифровка маркировки

Для различения разновидностей моделей к ним применяют буквенную маркировку:

  • Н – трансформатор напряжения;
  • Т – трехфазная модель;
  • О – однофазный ТН;
  • С – сухой (воздушное охлаждение);
  • М – масляный;
  • А – антирезонансные модели;
  • К – каскадные устройства;
  • Ф – фарфоровый тип корпуса;
  • И – пятистержневой трансформатор, содержащий обмотку для контроля изоляции;
  • Л – конструкции в литом корпусе;
  • ДЕ – емкостные;
  • З – заземляемые (первичную катушку необходимо заземлять).

Технические параметры

Основные сведения указываются на шильдике трансформатора напряжения.

Технические параметры трансформаторов:

  • величина напряжения на первичном фазном входе;
  • напряжение на выводах вторичных фазных обмоток;
  • коэффициенты мощности;
  • максимальные напряжения короткого замыкания.

К важным сведениям относится параметры номинальной частоты и класс точности для номинального коэффициента трансформации. На некоторых моделях изготовители указывают угловые погрешности и допустимые погрешности напряжений.

Схемы подключения

Простейшая схема подключения применяется в пунктах обслуживания линий под напряжением 6 – 10 кВ. Подключенные по такой схеме трансформаторы используются для включения вольтметра и подачи напряжений на реле устройства АВР. Пример такой схемы показан на рис. 7.

На рисунке 8 приведена схема, применяемая для включения однофазных трансформаторов с целью подачи безопасного напряжения на нагрузки, запитанные от вторичных обмоток. В данной схеме использовано группу однофазных трансформаторов, катушки которых соединены по принципу звезды. Обратите внимание, что первичные обмотки соединены с глухозаземленной нейтралью.

Данная схема применяется в сетях 0,5 – 10 кВ для подключения измерительных приборов, счетчиков. По аналогичной схеме подключаются вольтметры, используемые для контроля изоляции.

Схема эффективна для приема сигналов, свидетельствующих об однофазных замыканиях на землю. Существуют и другие схемы подключений, в частности по типу соединения открытого треугольника. Особенность таких схем в том, что мощность группы из двух ТН меньше мощности трех устройств соединенных по схеме полного треугольника не в 1,5 раза, а в √3 раз.

В некоторых схемах применяется комбинированное соединение обмоток. Для этого подходит соединение «треугольник – звезда». В работе таких схем номинальное напряжение составляет 173 В. Указанный способ подключения применяется в системах регулирования возбуждения обмоток генераторов и компенсаторов.

Применение

Основное применение первичных преобразователей напряжений – подача питания на обмотки измерительных приборов и подключение реле защиты в сетях 380 В и выше. Трансформаторы позволяют расширить диапазоны измерений и изоляцию реле от высоких межфазных потенциалов. Включение выводов первичных обмоток между фазой и землей дает возможность градуировать шкалы приборов с учетом коэффициента трансформации, что позволяет контролировать первичные параметры линий ЛЭП.

Изменение параметров напряжений в первичных цепях влияет на поведение переменных магнитных потоков. Эти возмущения фиксируются вторичными обмотками, которые реагируют изменением амплитуды тока и частоты колебаний. Сигналы поступают на различные защитные устройства, которые автоматически отключают участки линий с КЗ и с другими критичными отклонениями.

Источник

Схемы подключения трансформатора

Для осуществления максимальной токовой защиты применяются различные схемы подключения трансформаторов тока (ТТ). Какая из схем будет использоваться, зависит от того, где именно применяются ТТ. Так например, в городских сетях может использоваться схема «полной звезды», а в сельских – «неполной звезды». В дифференциальных и других защитах трансформаторы могут включать в треугольник, а реле — в звезду.

Полная звезда

Схема подключения трансформаторов тока «полная звезда» (рис.1), при которой ТТ устанавливают во всех трёх фазах, а нулевые точки вторичных обмоток последовательно соединены одним нулевым проводником. При таком подключении в реле тока (обозначены на рисунке I, II и III) протекают токи равные токам проходящие через первичные обмоток ТТ, делённые на коэффициент трансформации nT. В нулевом же проводе протекает геометрическая сумма всех токов Iн.п., которая в случае равенства этих трёх токов равна нулю.

Коэффициент схемы Ксх, представляющий собой отношение тока в реле к току в фазе, равен 1, поскольку ток в каждом из трёх реле равен току в соответствующей фазе.

Неполная звезда

На рис. 2 показана схема «неполная звезда». Отличием данной схемы от предыдущей является то, что ТТ установлены только на дух фазах из трех. В остальном же схема аналогична: обмотки реле (I и III) и вторичные обмотки ТТ установлены так же, как в полной звезде. В нулевом проводе протекает геометрическая сумма токов тех двух фаз, к которым подключены трансформаторы.

Также, как и для предыдущей схемы коэффициент Ксх = 1.

Треугольник

На рис. 3 показана схема подключения устройств максимальной токовой защиты в «треугольник». При такой схеме подключения вторичные обмотки ТТ соединены последовательно с противоположными выводами, образуя треугольник. Таким образом, в каждом из реле протекает ток, равный геометрической разнице тока в соответствующей фазе и тока в фазе, следующей за ней:

При этом Ксх = , поскольку ток в каждом из реле в раз больше, чем ток соответствующей фазе.

«Восьмёрка» («неполный треугольник»)

На рис. 4 показано подключение ТТ по схеме «восьмёрка» (неполный треугольник). В данной схеме трансформаторы установлены только в двух фазах, а вторичные обмотки соединены друг с другом противоположными выводами. Ток в реле равен разнице токов двух фаз, в которых установлены трансформаторы. При такой схеме подключения Ксх = 2.

Последовательное и параллельное включение трансформаторов тока

На рис.5 представлена схема последовательного соединения трансформаторов тока. При таком соединении вторичных обмоток ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации сила тока такая же, как при включении в цепь только одного из трансформаторов, при этом нагрузка распределяется поровну по двум. Такая схема может применяться при использовании трансформаторов малой мощности.

При соединении трансформаторов тока по схеме указанной на рисунке 6 ток в реле равен сумме токов во вторичных обмотках каждого из трансформаторов. Обычно, данная схема используется для получения нестандартных коэффициентов трансформации.

Источник

Обслуживание РЗиА и вторичных цепей — Трансформаторы напряжения и вторичные цепи напряжения

Содержание материала

  • Обслуживание РЗиА и вторичных цепей
  • Обязанности оперативного персонала при обслуживании устройств РЗиА
  • Трансформаторы тока и вторичные токовые цепи
  • Трансформаторы напряжения и вторичные цепи напряжения
  • Источники и цепи постоянного оперативного тока
  • Способы питания оперативных цепей переменным током
  • Неисправности в цепях оперативного тока
  • Сигнальная аппаратура
  • Цепи сигнализации
  • Сигнализация замыкания на землю в сетях 3—35 кВ
  • Обслуживание цепей и устройств сигнализации
  • Газовая защита трансформаторов и автотрансформаторов
  • Обслуживание газовой защиты
  • Дифференциальная защита шин
  • Релейная защита шиносоединительных и обходных выключателей
  • АПВ
  • АВР
  • Операции с релейной защитой и АПВ при производстве переключений
  • Фиксирующие приборы и автоматические осциллографы
  • Графические условные обозначения в схемах

Устройство ТН такое же, как и силового трансформатора; первичная обмотка, состоящая из большого числа витков, подключается параллельно к первичным цепям оборудования подстанции, к цепям вторичной обмотки параллельно подключают приборы и реле.
Для питания устройств РЗА применяют различные схемы соединения обмоток как однофазных, так и трехфазных ТН [2, 3]. В качестве примера рассмотрим схему соединения обмоток трехфазного пятистержневого ТН (рис. 4). Магнитная система этого ТН имеет пять стержней. На трех средних стержнях размещены обмотки трех фаз — по одной первичной и по две вторичных обмотки на каждом стержне. Два крайних стержня предназначены для замыкания магнитных потоков нулевой последовательности (когда геометрическая сумма магнитных потоков трех средних стержней не равна нулю). Первичные обмотки соединены в звезду с заземленной нейтралью. Основные вторичные обмотки соединены в звезду с выведенной нейтралью и цепи этих обмоток предназначены для включения приборов и реле на междуфазные и фазные напряжения. Дополнительные обмотки соединены по схеме разомкнутого треугольника, являющегося фильтром напряжения

Рис. 5. Векторные диаграммы вторичных фазных напряжений и их геометрического суммирования в фильтре напряжений нулевой последовательности: я —нормальный режим цепи или удаленное трехфазное к. з.; б — двухфазное к. з. между фазами В и С
нулевой последовательности. Напряжение на зажимах 0\ — 02 этой схемы равно утроенному напряжению нулевой последовательности 3U0 (при отсутствии в напряжении гармоник).
В нормальном режиме, при трехфазном или двухфазном к. з. в первичной цепи геометрическая сумма фазных напряжений равна нулю, поэтому напряжение между выведенными концами разомкнутого треугольника также равно нулю (в треугольнике геометрически суммируются три фазных напряжения, рис. 5). При замыкании на землю одной из фаз (например, фазы А) первичной цепи с изолированной нейтралью первичная обмотка фазы А ТН окажется подключенной обоими концами к потенциалу земли и напряжение как первичной, так и вторичных обмоток этой фазы станет равным нулю (рис. 6), напряжение двух других фаз станет равным междуфазному напряжению. При этом на зажимах схемы разомкнутого треугольника ТН появится напряжение, равное геометрической сумме векторов напряжений двух неповрежденных фаз В и С, и реле напряжения, подключенное к выведенконцам схемы разомкнутого треугольника, сработает, сигнализируя о замыкании на землю в первичной цепи. Если нейтраль первичных обмоток ТН не будет заземлена, тогда при замыкании на землю какой-либо фазы первичной цепи с изолированной нейтралью геометрическая сумма векторов трех вторичных фазных напряжений будет равна нулю и сигнализация замыкания на землю работать не будет.

Рис. 6. Однофазное замыкание на землю в цепи с изолированной нейтралью: а — схема ТН (вторичные обмотки, соединенные в звезду, не показаны); б — векторная диаграмма напряжений; в — геометрическое суммирование напряжений Он н Ос в фильтре нулевой последовательности (в схеме разомкнутого треугольника)

Прекращение питания цепей напряжения некоторых устройств РЗА может привести к их излишнему или ложному действию или отказу. К устройствам, способным подействовать излишне или ложно, относятся, например, защиты минимального напряжения, дифференциально-фазные защиты линий типов ДФЗ-501 (ДФЗ-401) и ДФЭ-503, дистанционные защиты любых типов. К устройствам, способным привести к отказу, относятся, например, различные типы направленных защит, устройства РЗА от повышения напряжения, устройства автоматического повторного включения (АПВ) с проверкой синхронизма или наличия напряжения. При исчезновении напряжения от ТН, используемого как источник оперативного переменного тока устройства РЗА, эти устройства могут также отказать в действии.
Для предотвращения неправильного действия устройств РЗА при повреждении цепей напряжения, а также для сигнализации об этих повреждениях применяют различные устройства, с принципом действия и особенностями обслуживания которых оперативный персонал должен быть ознакомлен.
Для защиты ТН от к. з. во вторичных цепях применяют как плавкие предохранители, так и автоматические выключатели (автоматы), например, типа АП-50 (с контактом вспомогательной цепи, который используют для сигнализации отключения автомата). Преимуществами автоматов по сравнению с плавкими предохранителями являются быстродействие, большая надежность, простота восстановления питания цепей напряжения (нет необходимости иметь резервные плавкие вставки, предохранители и т. п.). Быстродействие автоматов при к. з. во вторичных цепях ТН обеспечивает своевременное автоматическое отключение специальными блокировками быстродействующих релейных защит, подверженных неправильным действиям при снижении или исчезновении напряжения. Дело в том, что специальная блокировка быстрее и надежнее блокирует защиту после отключения автоматов одной или нескольких фаз цепей напряжения. Предохранители допускается применять только во вторичных цепях ТН, не питающих быстродействующие релейные защиты, подверженные неправильным действиям при неисправности цепей напряжения.
Постоянное защитное заземление вторичных цепей ТН выполняется следующим образом: провод одной из фаз или нулевой провод вторичных обмоток ТН, соединенных в звезду, и один из выводов схемы разомкнутого треугольника заземляются на ближайшей от ТН сборке зажимов (обычно в шкафу, где устанавливают автоматы) или непосредственно у выводов вторичных обмоток ТН. Индивидуальные заземления цепей каждого ТН выполняются при условии, что вторичные цепи ТН не имеют никакой электрической связи с цепями других ТН, кроме связи через «землю».
На объекте с двумя и большим числом ТН одного и того же первичного напряжения перевод питания цепей напряжения устройств РЗА каждого присоединения с одного ТН на другой обычно выполняют одним из двух способов.
По первому способу на каждом присоединении устанавливают рубильники или переключатели, с помощью которых оперативный персонал может подключать цепи напряжения устройств РЗА этого присоединения к тому или другому ТН. Недостаток этого способа заключается в том, что дежурный персонал должен следить, чтобы в
нормальном режиме вторичные цепи напряжения каждого присоединения были подключены к ТН той системы шин или той ошиновки, на которую включено само это присоединение. Если это условие не выполнено, при эксплуатационном или аварийном отключении шиносоединительного или другого выключателя или разъединителя, когда нарушается прямая электрическая связь между системой шин (ошиновкой), куда включено присоединение, устройства РЗА этого присоединения могут сработать неправильно или отказать в действии, так как напряжение в их цепях может не соответствовать по значению и фазе первичному напряжению самого присоединения.
Второй способ заключается в том, что цепи напряжения отдельных присоединений подстанции, имеющей две системы шин, автоматически переключаются на соответствующий ТН, например при переводе присоединения с одной системы шин на другую. Это автоматическое переключение обычно выполняется контактами реле-повторителей вспомогательных контактов (ВК) шинных разъединителей присоединения (рис. 7). В схеме с целью предотвращения неправильного действия главным образом дистанционных быстродействующих защит при переводе линии с одной системы шин на другую предусмотрена следующая автоматическая последовательность переключения. Вначале при включении шинного разъединителя I (//) системы шин срабатывает реле 1РПР (2РПР), через контакты которого к защите подается напряжение от обмоток соответствующего ТН, соединенных в звезду, а затем срабатывает реле ЗРПР (4РПР), подавая через свои контакты на дистанционную защиту «плюс» оперативного тока и напряжение от обмоток ТН, соединенных в разомкнутый треугольник. Реле 1РПР (2РПР) имеет некоторую выдержку времени при возврате (реле типа РП-252), а реле ЗРПР (4РПР) ее не имеет (реле типа РП-23). Это предусмотрено для того, чтобы при разрегулировке вспомогательного контакта разъединителя (ВКР) и нарушении в нем целости цепи реле ЗРПР (4РПР) сняло с защиты «плюс» оперативного тока раньше, чем реле 1РПР (2РПР) снимет напряжение (цепей «звезды») с той же защиты, и тем самым предотвратило ложное действие защиты. Для исключения возможности объединения вторичных цепей ТН обеих систем шин в режиме, когда включены оба шинных разъединителя присоединения, в схеме выполнена блокировка на размыкающих
контактах реле ЗРПР (4РПР). Реле, в цепи которого вспомогательный контакт разъединителя был замкнут раньше, разомкнет цепь включения другого реле своим контактом.

К цепям напряжения устройств РЗА присоединения
Рис. 7. Схема переключения цепей напряжения устройства РЗА присоединения с применением реле повторителей положения шинных разъединителей (РПР) (вторичные цепи каждого ТН имеют индивидуальные заземления): а — схема соединений обмоток однофазных ТН с двумя вторичными обмотками; б— схема включения реле-повторителей разъединителей (1ВКР и 2ВКР — вспомогательные контакты шинных разъединителей соответственно I и II систем цшн); в —схема переключения цепей напряжения
Операции при отключении или неисправности ТН и цепей. При отключении или неисправности ТН в заявке должны быть приведены указания или мероприятия, составленные службой РЗАИ для обеспечения надежной работы остающихся включенными устройств РЗА, подключенных к этим цепям. Эти мероприятия, равно как и мероприятия, предусмотренные инструкциями, надлежит выполнить до отключения ТН.
При появлении аварийной необходимости отключения ТН или части его цепей оперативный персонал предварительно, согласно инструкциям, отключает те устройства РЗА, которые могут сработать неправильно при перерыве или исчезновении питания цепей напряжения.
Если имеется возможность, все устройства РЗА, которые нормально питаются от цепей напряжения отключаемого ТН, целесообразно до отключения ТН перевести на питание от другого ТН, в том числе и в случаях, когда ТН установлен на линии. При переводе питания цепей напряжения устройств РЗА с одного ТН па другой оперативный персонал предварительно (несмотря на наличие соответствующих блокировок) отключает те устройства, которые могут сработать неправильно при разрыве цепей напряжения, а после завершения перевода питания вводит их в действие. К этим устройствам, в частности, относятся любые дистанционные защиты, а также высокочастотные защиты типа ДФЗ-501 (ДФЗ-401) илиДФЗ-503, имеющие пуск по напряжению обратной последовательности.
Следует иметь в виду, что, если, например, цепи напряжения защит двух линий включены на ТН одной из этих линий (цепи напряжения защит одной из линий переведены на ТН второй линии) и среди переведенных цепей есть цепи дистанционной защиты или высокочастотной защиты типа ДФЗ-501 (401) или ДФЭ-503, при отключении линии с исправным ТН произойдет также отключение линии с неисправным ТН (без ТН). Поэтому такой режим работы необходимо допускать только на минимально необходимое время.
При появлении сигнала о неисправности вторичных цепей напряжения дежурный в соответствии с инструкциями либо отключает устройства РЗА, которые могут при этом сработать неправильно, либо принимает другие меры, указанные в инструкциях. Затем он пытается восстановить питание цепей напряжения включением соответствующих автоматов или установкой запасных предохранителей.
Смену предохранителей при наличии рубильника, установленного до предохранителя, выполняют при отключенном рубильнике. Однако следует иметь в виду, что некоторые виды защит могут срабатывать при полном снятии напряжения рубильником и поэтому они, согласно инструкции, должны быть предварительно отключены. При отсутствии рубильника (под нагрузкой) допускается замена только трубчатых предохранителей закрытого типа. При этом замену предохранителей выполняют с помощью изолирующих клещей (или в диэлектрических перчатках) в предохранительных очках. При успешном восстановлении питания цепей напряжения все отключенные устройства РЗА должны быть включены. При повторном отключении автоматов (сгорании предохранителей) дежурный срочно извещает местную службу РЗАИ о возникшей неисправности. Затем, если это предусмотрено инструкциями, дежурный с разрешения соответствующего диспетчера переводит питание цепей напряжения устройства РЗА на другой ТН (с отмеченным выше отключением части устройств релейной защиты). Если в процессе перевода и на другом ТН отключатся автоматы (сгорят предохранители), необходимо полностью снять напряжение от ТН с неисправных устройств РЗА и включить отключившиеся автоматы (заменить предохранители). Если при этом присоединение осталось совсем без релейной защиты от какого-либо вида к. з., дежурный должен требовать у диспетчера отключения этого присоединения.
Теперь перейдем к рассмотрению источников оперативного тока и их цепей.
Источником оперативного тока называется такой источник электрического тока, который используется для питания цепей дистанционного управления выключателями и разъединителями, логических цепей релейной защиты, устройств электроавтоматики, телемеханики и сигнализации. Этот источник должен обеспечить действие указанных устройств как в нормальных условиях, так и в условиях к. з. и других нарушений нормального режима сети. Поэтому дежурный персонал должен уделять достаточное внимание состоянию источников и цепей оперативного тока.
На объектах применяются как постоянный, так и переменный оперативный ток.

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector